JP5838755B2 - 安全計装システム - Google Patents

Description

本発明は、プラントにおける安全計装システムに係わり、特にパーシャルストロークテストに関する。

プラント等において構築される安全計装システム（ＳＩＳ；Safety Instrument System）は、異常な状態が示されると、プラントを安全な状態に保つように、あるいはプラントを安全な状態に戻すように、自動的に作動する。

この様な安全計装システムに係わる構成の１つとして、緊急遮断弁がある。異常が発生した場合には、緊急遮断弁を閉じることで、安全を確保する。
ここで、緊急遮断弁に対しては、部分作動検査（ＰＳＴ；Partial Stroke Test：パーシャルストロークテスト）が実施される。パーシャルストロークテストは、定期的に緊急遮断弁を閉動作させる（但し、全閉にはしない）テスト方法である。パーシャルストロークテストは、緊急遮断弁が緊急時に確実に作動することを定期的に確認するために行うテストである。

通常、緊急遮断弁は、設備の運転中はバルブが全開の状態で使用されるため、運転中に、流体のバルブや駆動部への固着や、異物の噛み込み等が生じている可能性がある。緊急遮断弁のバルブや駆動部に固着等の不具合がある場合、正常に作動しない場合があり、この様な不具合を確認する場合には、上記全開の状態から閉じる動作の最初を確認すればよく、したがって弁を全閉にしなくてもよく、少し閉じるだけで済む。また、設備の運転中に実施できる。

この様に、パーシャルストロークテストは、設備の運転中に、プロセスへの支障が無い範囲で緊急遮断弁を閉動作させるものである（よって上記の通り全閉にはしない）。また、緊急遮断弁は、例えば、操作端（流量調節弁）が設置された配管上に設けられる。

このような同一の制御系において操作端と緊急遮断弁を具備している装置で、パーシャルストロークテストを緊急遮断弁に実施した場合、緊急遮断弁が閉方向に動作するために、プロセス値（例えば流量）の変動が発生してしまう。上記の通り、パーシャルストロークテストは、設備の運転中に実施されるので、この様なプロセス値の変動は好ましくない。尚、パーシャルストロークテストは、通常、非常に短時間で行われるが、この様な短時間であってもプロセス値の変動は好ましくない。

また、特許文献１に記載の従来技術が知られている。
特許文献１には、プラントに関して、緊急遮断バルブなどに対するストロークテストについての開示がある。すなわち、緊急遮断バルブ等のストロークテストは、ＳＩＬ（安全度水準）に基づく安全性・信頼性を維持するため、緊急遮断バルブ等が緊急時に確実に動作するかを確認する目的で、定期的または不定期に行われている旨の記載がある。

特開２００５−２８４７６２号公報

上述したように、パーシャルストロークテスト実施時には、設備の運転中に、プラントのプロセス値（流量等）の変動が伴ってしまう。
これに対して、上記の様に、同一の制御系に操作端と緊急遮断弁が備えられたシステムでは、緊急遮断弁が閉じる分を補うように、操作端を開ける（弁開度を増加させる）ことで、プロセス値（例えば流量）の変動を抑えるようにすることが考えられる。

しかしながら、従来では、操作端への的確な介入量が決定できなかったので、介入を行うと逆効果となる（かえって、プロセス値の変動が大きくなる）可能性もあった。この為、特に操作端に対する介入制御は実施しなかった。

本発明の課題は、緊急遮断弁のパーシャルストロークテスト実施に伴うプラントのプロセス値の変動を抑えることができる安全計装システム等を提供することである。

本発明の安全計装システムは、任意の流体が流れる任意の配管上に流量調節弁と緊急遮断弁とが設けられ、更に該流量調節弁の弁開度を制御する為の弁開度指令値を該流量調節弁に対して出力する流量指示調節計が設けられた安全計装システムにおいて、制御装置を有し、該制御装置は、前記緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報を入力する入力手段と、予め前記緊急遮断弁の前記弁開度状態とＣＶ値との関係を示す第１のＣＶ特性データが記憶された遮断弁ＣＶ特性データ記憶手段と、予め前記弁開度指令値と前記流量調節弁のＣＶ値との関係を示す第２のＣＶ特性データが記憶された調節弁ＣＶ特性データ記憶手段と、前記緊急遮断弁に対するパーシャルストロークテスト実施時に、前記入力手段を介して入力される前記遮断弁情報と前記第１のＣＶ特性データとに基づいて、該テストによる緊急遮断弁の閉動作に応じたＣＶ値損失を求めるＣＶ値損失算出手段と、前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値と前記第２のＣＶ特性データとに基づいて、前記流量調節弁の現状のＣＶ値を求める調節弁ＣＶ値算出手段と、前記緊急遮断弁におけるＣＶ値損失と、前記流量調節弁の現状のＣＶ値とに基づいて、系全体のＣＶ値が変化しないようにする補正値を求める補正値算出手段と、前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値と前記補正値とを入力し、該弁開度指令値を該補正値を用いて補正して成る補正後弁開度を生成し、該補正後弁開度を前記流量調節弁に入力させる補正手段とを有する。

本発明の安全計装システムによれば、緊急遮断弁のパーシャルストロークテスト実施に伴うプラントのプロセス値の変動を抑えることができる。

任意のプラントに適用した安全計装システムの構成例である。 （ａ）、（ｂ）は、パーシャルストロークテスト時の損失ＣＶ値の算出処理を説明するための図である。 流量調節弁の現在ＣＶ値の算出処理を説明するための図である。 流量調節弁への弁開度指令の補正値の算出処理を説明するための図である。 流量調節弁の弁開度補正を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、本手法によって流量の変動が抑えられることを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、任意のプラントに適用した安全計装システムの構成例を示す。
図１の安全計装システムは、不図示の任意の装置に対して、配管１や流量調節弁（ＦＣＶ；操作端）４等を介して任意の流体を供給している化学プラントなどに適用されているものである。尚、本説明で言う「安全計装システム」は、安全計装システム自体を意味する場合もあれば安全計装システムが適用されたプラントを意味する場合もあるものとする。

図１の安全計装システムは、その管内を任意の流体が流れる配管１と、この配管１上に設けられる流量検出器（ＦＥ）２、流量調節弁（ＦＣＶ；操作端）４、緊急遮断弁（ＳＯＶ）５や、流量発信器（ＦＴ）３、流量指示調節計（ＦＩＣ）６、開度発信器（ＸＴ）７等を有する。更に、制御部１０が設けられている。また、図１では示していないが、「補正手段」（後述する加算器２１など）も設けられている。また、図１では、制御部１０に係る信号線は、省略して示している。尚、以降の説明において表記の関係で、流量調節弁（ＦＣＶ；操作端）４を流量調節弁（ＦＣＶ）４や流量調節弁４、緊急遮断弁（ＳＯＶ）５を緊急遮断弁５、流量指示調節計（ＦＩＣ）６を流量指示調節計６、と夫々記載する場合もあるが同義である。 流量調節弁（ＦＣＶ）４と緊急遮断弁（ＳＯＶ）５は、同一配管上にあるので、少なくとも一方を全閉にした場合、配管１内の流体の流れが止められることになる（不図示の装置に対する流体の供給がストップすることになる）。

通常時は、緊急遮断弁（ＳＯＶ）５は、基本的には全開状態となっている。また、流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度は、全開／全閉以外の任意の状態となっている。流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度は、流量指示調節計（ＦＩＣ）６によって調整制御される。また、開度発信器（ＸＴ）７は、緊急遮断弁（ＳＯＶ）５の弁開度を検出して、これを制御部１０へ送信する。流量発信器（ＦＴ）３は、流量検出器（ＦＥ）２で検出される流体流量を、流量指示調節計（ＦＩＣ）６へ送信する。

通常時は、流量指示調節計（ＦＩＣ）６によって流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度を調整することで、流体の流量（上記不図示の装置に対する流体の供給量）が任意の目標値となるように調整される。すなわち、流量指示調節計（ＦＩＣ）６は、流量検出器（ＦＥ）２によって検出される上記流体の現在の流量に基づいて、この流量が上記目標値となるように流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度を調整する為の操作信号（ＭＶｃ）を生成して、これを流量調節弁（ＦＣＶ）４に対して出力する。これより、流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度が上記操作信号値（ＭＶｃ値）に応じたものとなり、以って流体の流量が任意の目標値となるように調整される。

ここで、この様な制御が行われることで、一見、上述した「パーシャルストロークテスト実施に伴ってプラントのプロセス値（流量等）が変動する状況に対しても、流量指示調節計（ＦＩＣ）６の上記制御によって変動が抑えられるように思えるかもしれない。しかしながら、既に述べたように、パーシャルストロークテストは、非常に短時間で行われる為、上記プロセス値（流量等）の変動も非常に短時間の現象となり、それ故、流量指示調節計（ＦＩＣ）６のようなＰＩＤ制御では対応できない。

この為、本手法を適用することで、この様な問題に対応するものである。
尚、当然のことであるので図示しないし逐一述べないが、データ（信号）送受信を行う場合には、その為の通信線が設けられている。

通常時は上述した動作を行っており、任意のときに部分作動検査（ＰＳＴ；Partial Stroke Test：パーシャルストロークテスト）が開始されると、緊急遮断弁（ＳＯＶ）５の閉動作が開始されることになる（但し、少なくとも全閉にはならない；途中で止まる）。この為、プロセス値の変動が生じる（流体の流量が減少する）。尚、パーシャルストロークテストに係る処理動作は、例えば制御部１０が行うが、この例に限らない。また、テスト開始は例えば人間の操作により指示するが、この例に限らず、予め設定された日時にテスト開始されるものであってもよい。

上記パーシャルストロークテスト時のプロセス値の変動発生を防止／抑制する為には、既に背景技術や課題で説明したように、流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度を再調整する必要がある（上記の状況では弁開度を増加させることになる）。しかしながら、上述したように、従来では適切な再調整量が分からなかった。

本手法では、適切な再調整量を決定でき、パーシャルストロークテスト時のプロセス値の変動発生（流量の減少）を防止／抑制することが可能となる。
本手法では、上記のように同一配管上に（同一の制御系に）流量調節弁（ＦＣＶ）４と緊急遮断弁（ＳＯＶ）５とが設けられた構成の安全計装システムにおいて、緊急遮断弁５のパーシャルストロークテスト実施時に、これと同一配管上にある流量調節弁４に対する上記流量指示調節計６からの操作信号に介入することで（弁開度を補正する；加算あるいは減算する）、パーシャルストロークテストに伴う変動発生（流量の減少）を回避させることが出来る。

換言すれば、パーシャルストロークテスト実施時に、例えば、同一の制御系内にある流量指示調節計６の出力信号（流量調節弁４に対する弁開度操作信号）に対して、緊急遮断弁５が閉じた分に応じた補正値（例えば、緊急遮断弁５の閉により損なわれるＣＶ値を補うような補正値）による補正を行うことで、プロセス値（流量）の変動を抑制／防止させる。この補正は、流量指示調節計６の出力信号に対して、例えば上記補正値を“加算あるいは減算”するものである。

尚、上記“加算あるいは減算”のどちらになるのかは、操作端（流量調節弁（ＦＣＶ）４）の動作方式により決定される。すなわち、操作信号が増加した時に流量調節弁４の弁開度が増加する構成の場合には“加算”する。一方、操作信号が増加した時に流量調節弁４の弁開度が減少する構成の場合には“減算”する。すなわち、何れの場合でも、流量調節弁４が開く方向に（弁開度が増加するように）制御するものである（緊急遮断弁５の弁開度が減少した分を補うために行うものである）。

尚、後述する図５の例では加算器２１が設けられているが、この例に限らず、例えば加算器２１の代わりに減算器（不図示）が設けられてもよい。当然、これに合わせて、他の構成や処理も変わることになるが、これについては特に説明しない（例えば、負の値を減算器に入力すれば、実質的には加算になる等、やり方は色々ある）。尚、これらの加算器２１や減算器（不図示）は、何れも、流量調節弁４の弁開度を増加させるように操作信号を補正するものであるので、「補正手段」等と呼ぶ場合もあるものとする。

既に述べたように、この介入のための適切な介入量（流量調節弁（ＦＣＶ）４に対する操作信号に加算／減算する補正値）を算出する必要がある。
本手法では、上記「プロセス値の変動の抑制／防止」を実現する為に、流量調節弁４と緊急遮断弁５を含めた系統全体のＣＶ値が、パーシャルストロークテストの実施前後で変化が生じさせないようする介入量を算出して、この介入量による介入を行う。

本手法による介入（介入量の決定など）の基本的な考え方は、ＣＶ値を用いることである。すなわち、緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値を補うように流量調節弁４に係るＣＶ値を増加させるように、流量調節弁４の弁開度を増加させることにより、損なわれるはずのＣＶ値をキャンセルさせ、以ってその系統全体ＣＶ値に変動が生じないようにする。

その為に、予め、流量調節弁４、緊急遮断弁５それぞれのＣＶ特性データを作成して記憶しておく。そして、パーシャルストロークテスト実施時には、緊急遮断弁５に係わるＣＶ特性データを参照して上記「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」を求め、流量調節弁４に係わるＣＶ特性データを参照して流量調節弁（ＦＣＶ）４の現在の（補正前の）ＣＶ値を求め、これらに基づいて上記介入量（操作信号に対する補正値）を決定するものである。

まず、緊急遮断弁５に係わるＣＶ特性データは、例えば図２（ａ）に示す「弁開度−ＣＶ値特性曲線」１１であってもよいし、例えば図２（ｂ）に示す「動作時間−ＣＶ値特性曲線」１２であってもよい。どちらか一方を用いればよい。何れにしても、パーシャルストロークテスト実施時に検出される緊急遮断弁５の弁開度あるいは閉動作時間を用いて、上記予め作成・記憶されている特性曲線を参照することで、「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」（後述する「損失ＣＶ値」ΔＣＶ_ｓ１）を求めることができる。そして、これに基づいて、最終的には適切な介入量（補正値）を求めることができ、この介入量を、流量指示調節計（ＦＩＣ）６からの出力（操作信号）に加算（あるいは減算）することで、流量調節弁４の弁開度を適切に増加させることにより、系統全体ＣＶ値が変動しないようにできる（詳しくは後述する）。以って、上記「プロセス値の変動の抑制／防止」を実現できる。

以下、まず、図２（ａ）、（ｂ）を参照して、「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」を求める処理について説明する。この処理は、図１に示す制御部１０が実行する。尚、図１に示す構成のうち、制御部１０以外の構成は、既存の構成であると見做しても構わない。

制御部１０は、ここでは特に図示しないが、例えばＣＰＵ／ＭＰＵ等の演算プロセッサ、メモリ等の記憶装置、入出力インタフェース等を有している。記憶装置には予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されており、演算プロセッサがこのアプリケーションプログラムを実行することにより、図２（ａ），（ｂ）や図３〜図５等で説明する処理が実現される。上記記憶装置には、更に、予め、上述した流量調節弁４、緊急遮断弁５それぞれのＣＶ特性データが記憶されている。

また、制御部１０は、上記入出力インタフェースを介して、例えば上記開度発信器（ＸＴ）７から送信される、緊急遮断弁（ＳＯＶ）５の弁開度を入力する。また、制御部１０は、上記入出力インタフェースを介して、上記操作信号値（ＭＶｃ値）も入力する。また、制御部１０は、上記入出力インタフェースを介して、例えば後述するようにして求めた介入量（補正出力；ΔＭＶｃ１）を、例えば後述する加算器２１に対して出力する。

まず、図２（ａ）について説明する。
図２（ａ）の例では、例えば図示のような「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１が、予め作成されて制御部１０の上記不図示の記憶装置（メモリ等）に記憶されている。

ここで、上記「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１等の緊急遮断弁５に係るＣＶ特性データや、流量調節弁４に係るＣＶ特性データの取得方法について説明しておく。この取得方法の一例は、例えば、流量調節弁（ＦＣＶ）４や緊急遮断弁（ＳＯＶ）５の製造メーカーから取得する方法が考えられる。通常、製造メーカーは、自社製の弁の特性データを測定・保有しているものであるからである。

一方、製造メーカーから取得できない場合には、実測に基づいてＣＶ特性データを作成することで取得する必要がある。つまり、この場合、ＣＶ値の算出式で必要なデータを実測する必要がある。ＣＶ値の算出式は、よく知られているものであり、ここでは特に示さないが、流体に係る算出式で必要なデータは、基本的には、流量、弁差圧、比重等である。

比重は、流体の種類に応じて決まるものであり、例えば流体が水であれば比重＝１となる。差圧は、弁入口圧力と弁出口圧力との差であり、流量調節弁（ＦＣＶ）４や緊急遮断弁（ＳＯＶ）５の前後に圧力計を設けることで、これら２種類の圧力を検出する。流量は、当然、任意の流量検出器等で測定する。

緊急遮断弁５の弁開度（Ｘｓ）を適宜変えながら上記各種データを計測して、計測結果に基づくＣＶ値の算出を行うことで、上記「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１が作成できる。図２（ｂ）に示す「動作時間−ＣＶ値特性曲線」データ１２も、略同様にして、緊急遮断弁５が全開の状態から弁閉動作を開始させ、開始からの各経過時間毎に、そのときの上記各種データを計測する。これによって、緊急遮断弁５が全開の状態から弁閉動作を開始させてからの各経過時間（動作時間／閉動作時間と呼ぶ）毎に、対応するＣＶ値が算出することができ、これが上記「動作時間−ＣＶ値特性曲線」データ１２となる。

尚、この例に限らず、例えば予め、上記閉動作時間と弁開度との関係が分かっているのであれば（全開の状態から弁閉動作を開始後、何秒経過した時点で弁開度が幾つに成っているかを示すデータが、例えばメーカー側等に存在する場合には）、これを利用することで、上記「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１から「動作時間−ＣＶ値特性曲線」データ１２を求めることができる。

尚、緊急遮断弁５の弁開度や閉動作は、例えば制御部１０が調整・制御できるものとしてよいが、この例に限らない。
また、制御部１０の不図示の記憶装置には、予め、全開時の緊急遮断弁５のＣＶ値が記憶されているものとする（これを、Ｃ_ＶＯとする）。

そして、パーシャルストロークテスト実施時には、上述した「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１、「動作時間−ＣＶ値特性曲線」データ１２の何れかを用いて、上記「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」を求める。

尚、上記弁開度や閉動作時間を、「緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報」等と呼ぶものとする。逆に言えば、「緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報」の具体例が、上記弁開度や閉動作時間である。

まず、図２（ａ）を参照して説明する。
まず、図１に示すように、制御部１０は、開度発信器（ＸＴ）７から、緊急遮断弁５の現在の弁開度（Ｘｓ）を取得できる。これより、制御部１０は、パーシャルストロークテストを開始直後から、例えば随時、緊急遮断弁５の現在の弁開度（Ｘｓ）を取得して、この遮断弁開度（Ｘｓ）に対応するＣＶ値（ＣＶ_ｓ１とする）を、上記「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１を参照することで求める。

そして、制御部１０は、緊急遮断弁５に係る全開時のＣＶ値と現在のＣＶ値との差ΔＣＶ_ｓ１（＝Ｃ_ＶＯ−ＣＶ_ｓ１）を算出する。この差分ΔＣＶ_ｓ１が上記「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」に相当し、以下、「損失ＣＶ値」等と呼ぶものとする。

次に、図２（ｂ）を参照して説明する。
ここで、制御部１０は、緊急遮断弁５の弁開閉御も行うものとする。よって、制御部１０は、例えば外部からパーシャルストロークテスト開始の指示を受けると、緊急遮断弁５の弁閉動作を開始させる制御を行う。また、制御部１０は、当然、時計機能等も有している。よって、制御部１０は、緊急遮断弁５の弁閉動作の開始からの経過時間を認識できる。これより、制御部１０は、この経過時間を図２（ｂ）に示す“遮断弁動作時間（ｔ）”として用いて、現在の“遮断弁動作時間（ｔ）”に対応するＣＶ値を、「動作時間−ＣＶ値特性曲線」データ１２を参照して求めることができる。

その後は、上記図２（ａ）と同じであり、求めたＣＶ値（ＣＶ_ｓ１）と上記Ｃ_ＶＯとの差分、すなわち上記「損失ＣＶ値」ΔＣＶ_ｓ１を求める。
このようにして、緊急遮断弁５の閉による不足容量値を、上記「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」の形に換算する。

尚、例えば、上記図２（ａ）は緊急遮断弁５にその弁開度を検出する開度計が設けられている場合に対応し、図２（ｂ）は緊急遮断弁５に開度計が設けられていない場合（この場合、開度発信器（ＸＴ）７は無いことになる）に対応するものと考えても良いが、この例に限らない。

上記図２（ａ）、（ｂ）の何れかの処理により上記「損失ＣＶ値」ΔＣＶ_ｓ１を求めたら、続いて、図３に示す「流量調節弁の弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１３を参照することで、流量調節弁（ＦＣＶ）４の現在のＣＶ値を求める。

尚、図２の特性曲線データ１１，１２で示されるように、基本的には、弁開度が増加すればＣＶ値が増加する関係にある。これは図３、図４においても同様であるが、それ故、図３、図４の例は上述した「操作信号が増加した時に流量調節弁４の弁開度が増加する構成」に応じた例であると言える。つまり、図３に示すように、操作信号ＭＶｃ値が増加すればＣＶ値が増加する関係にあるのは、この例では操作信号ＭＶｃ値が増加すれば弁開度が増加するからである。

よって、特に図示しないが「操作信号が増加した時に流量調節弁４の弁開度が減少する構成」の場合には、操作信号ＭＶｃ値が増加すればＣＶ値が減少する特性曲線となることになる。そして、この場合には、後述する図４に示す補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」は負の値となるので、図５において加算器２１では実質的には減算が行われることになり、操作信号ＭＶｃ値を減少させる補正が行われることになる。これより、流量調節弁４の弁開度は増加することになる。

ここで、図示の「流量調節弁の弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１３の取得方法も、上記「弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１１等の取得方法と略同様であってよい。すなわち、メーカー側から特性データを取得できるのであれば、取得したものをそのまま用いればよい。取得できないのであれば、流量調節弁（ＦＣＶ）４に関して上記圧力計や流量計を設置して上記ＣＶ値算出に必要なデータを取得することで、特性曲線１３を作成する。これは、流量指示調節計６の出力値（流量調節弁（ＦＣＶ）４に対してその弁開度を指示する信号である上記操作信号値ＭＶｃ）を適宜変えながら、そのときの各種データ（上記流量や２種類の圧力等）を取得して、取得したデータに基づいてＣＶ値を算出すればよく、ここでの詳しい説明は省略する。

制御部１０は、上記「損失ＣＶ値」ΔＣＶ_ｓ１を求めたら、続いて、流量指示調節計６の現在の出力値（操作信号ＭＶｃ）を取得して、この操作信号ＭＶｃ値に対応するＣＶ値を、「流量調節弁の弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１３を参照することで求める。このようにして求めた、流量調節弁４の現在のＣＶ値を「ＣＶ_Ｃ１」と記すものとする。

そして、制御部１０は、上記のようにして求めた「損失ＣＶ値」ΔＣＶ_ｓ１および流量調節弁の現在のＣＶ値「ＣＶ_Ｃ１」や、図４に示す「逆特性曲線」データ１４等に基づいて、上記操作信号ＭＶｃに対する介入量（補正値）を示す補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を求める。

ここで、「逆特性曲線」データ１４は、上記「流量調節弁の弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１３のＭＶｃ値とＣＶ値とを逆にしたものである。よって、この例に限らず、「流量調節弁の弁開度−ＣＶ値特性曲線」データ１３を用いても構わない。

制御部１０は、例えば図４に示すように、まず、上記流量調節弁４の現在のＣＶ値「ＣＶ_Ｃ１」に、上記「損失ＣＶ値」ΔＣＶ_ｓ１を加算する（「ＣＶ_Ｃ１＋ΔＣＶ_ｓ１」を算出する）。これは、上記「緊急遮断弁５の閉動作により損なわれるＣＶ値」を、流量調節弁４で補わせることで、系全体としてのＣＶ値を一定に保つためである（変動させないためである）。つまり、流量調節弁４のＣＶ値が上記「ＣＶ_Ｃ１＋ΔＣＶ_ｓ１」となるように流量調節弁４の弁開度を調整すれば、パーシャルストロークテスト実施に伴う緊急遮断弁５のＣＶ値の減少分を補って系全体としてのＣＶ値が変動しないようにできる。そして、これによって、緊急遮断弁のパーシャルストロークテスト実施に伴うプラントのプロセス値（流量）の変動を抑えることができる。

次に、「逆特性曲線」データ１４を参照して、上記加算値（「ＣＶ_Ｃ１＋ΔＣＶ_ｓ１」）に応じた流量調節弁４への操作信号値を求める（これは流量指示調節計６の出力を意味しない。流量調節弁４に入力される操作信号値を意味し、例えば流量指示調節計６の出力（ＭＶｃ）に対して補正を施した後の“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”を求めるものである）。

この“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”によって流量調節弁４の弁開度を調整制御させることで、流量調節弁４によるＣＶ値が上記「ＣＶ_Ｃ１＋ΔＣＶ_ｓ１」となる。従って、この“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”をそのまま流量調節弁４に入力させる構成としてもよいが、図４に示す例では図示の通り更に補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を求める。その理由については後述するものとし、ここでは図４に示す構成例について説明する。

これより、制御部１０は、上記のように“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”を求めたら、続いて、この“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”から上記流量指示調節計６の出力（ＭＶｃ）を減算することで、上記補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を求める（ΔＭＶ_ｃ１＝ＭＶ_Ｃ１−ＭＶｃ）。つまり、後に図５に示す加算器２１で上記流量指示調節計６の出力（ＭＶｃ）に対して加算させる補正値「ΔＭＶ_ｃ１」を、求める。尚、既に述べたように、この補正値「ΔＭＶ_ｃ１」が負の値となることも有り得る。

制御部１０は、上述した図４の処理によって補正値「ΔＭＶ_ｃ１」を求めたら、続いて、例えば図５に示すように、上記補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を、加算器２１に入力させる。図５に示す通り、加算器２１は、流量指示調節計（ＦＩＣ）６と流量調節弁（ＦＣＶ）４との間に設けられており、流量指示調節計（ＦＩＣ）６の出力（ＭＶｃ）と上記補正値「ΔＭＶ_ｃ１」とを入力しており、これらの加算値（合計値）を流量調節弁（ＦＣＶ）４へと出力する。つまり、流量指示調節計６の出力（ＭＶｃ）に補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を加算した値（ＭＶｃ＋ΔＭＶ_ｃ１）を、流量調節弁（ＦＣＶ）４へと出力する。

尚、既に述べた通り、この「ＭＶｃ＋ΔＭＶ_ｃ１」は、上記“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”に相当し、基本的には両者は同じ値となるはずである。
そして、これによって“補正後の操作信号「ＭＶｃ＋ΔＭＶ_ｃ１」”によって流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度が調整制御されることになり（弁開度は増加する）、上述したようにパーシャルストロークテスト実施に伴う緊急遮断弁５の閉動作によるＣＶ値の減少分を、流量調節弁（ＦＣＶ）４で補って、系全体としてのＣＶ値が変動しないようにできる。そして、これによって、緊急遮断弁５のパーシャルストロークテスト実施に伴うプラントのプロセス値（流量）の変動を抑えることができる。

尚、例えば図５に示すように（図５では制御部１０に係る信号線は、一部を除き省略して示しているが）、制御部１０から加算器２１に上記補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を送るための信号線上に図示のスイッチ２２（通常時はＯＦＦ状態となっている）を設けるようにしてもよい。この構成例の場合、制御部１０は、上記補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を出力する際に、補正介入指令を出すことで、スイッチ２２をＯＮ状態に切り替えることで、補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」が加算器２１に入力される状態にする。これによって、通常時に誤って何らかのデータが加算器２１に入力される事態を防止できる。

また、尚、例えば図５に示すように、例えばパーシャルストロークテスト実施時（特に上記補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」が決定された時点で）、例えば上記補正介入指令によって流量指示調節計６のモードを手動モードにして、流量指示調節計６出力（ＭＶｃ）を、補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」で介入する直前の値でホールドするようにしてもよい。

これについては、特に図示等しないが、例えば一例としては、流量指示調節計６は、例えば流量発信器（ＦＴ）３の出力を入力して、この入力に応じたＰＩＤ演算を行うＰＩＤ部と、このＰＩＤ部の出力を入力する積分器とから成り、積分器の出力が上記流量指示調節計６出力（ＭＶｃ）となるものである。この構成において、ＰＩＤ部−積分器間にスイッチ部が設けられ、このスイッチ部は上記補正介入指令によってＯＦＦする構成となっている。これより、上記補正介入指令によってＰＩＤ部−積分器間が接続断となり、積分器の出力値が更新されない状態（上記手動モードの状態）となる。但し、これは一例であり、必ずしも上記手動モードにする必要はない。

図６（ａ），（ｂ）は、本手法によって流量の変動が抑えられることを示す図である。
図６（ａ）は本手法を適用した場合、図６（ｂ）は従来技術の場合のパーシャルストロークテスト実施時の流量変化を示している。尚、この流量は、図１の流量検出器（ＦＥ）２で検出した、配管１内を流れる流体の流量である。

図６（ｂ）に示すように、従来では、パーシャルストロークテスト実施時には、緊急遮断弁５が多少閉じられる影響で、流量が減少することになる。つまり、プラントのプロセス値の変動（流量の減少）が生じている。

これに対して、本手法を適用した場合、上述したように流量指示調節計６の出力（ＭＶｃ）に補正値「ΔＭＶ_ｃ１」を加算した値である“補正後の操作信号（ＭＶｃ＋ΔＭＶ_ｃ１）”を、流量調節弁（ＦＣＶ）４に入力させることにより、流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度を増加させるので、プラントのプロセス値の変動を抑えることができ、図６（ａ）に示すように流量は殆ど変化しない。

尚、図６（ａ）に示す時間ｔ１は、図６のようにプラントおよび操作機器(流量調節弁、遮断弁)遅れ要素を考慮し、タイマを用いて介入開始を遅延させた遅延時間を意味する。

以上説明したように、本手法によれば、系全体のＣＶ値を一定に保つ制御を行うことで、パーシャルストロークテスト実施に伴うプラントの外乱（プロセス値の変動）を抑えることができ、以って今後の安全計装の普及に貢献できる。

尚、上記流量指示調節計６の出力である操作信号ＭＶｃのデータは、例えば、流量調節弁（ＦＣＶ）４の弁開度を指定する弁開度指令値であり、従って操作信号ＭＶｃの代わりに弁開度指令値ＭＶｃ等と記してもよいものとする。

以上、本手法を適用した安全計装システムによれば、緊急遮断弁のパーシャルストロークテスト実施に伴うプラントのプロセス値の変動を抑えることができる。これは、特に、系全体のＣＶ値を一定に保つ制御を行うことで、流量の変動を抑えるものである。尚、流量ではなくＣＶ値を用いるのは、パーシャルストロークテスト実施に伴って不足するＭＶ値（ΔＭＶ_ｃ１）を、流量値から算出するのは困難であるからである（複雑な計算になる。例えば、上記既存のＣＶ値算出式を用いて、流量値から逐一ＣＶ値を算出する等）。

尚、上述した処理は、一例であり、この例に限らない。例えば、図５の“調節計の出力補正”の際に、上述したように図４に示す補正出力「ΔＭＶ_ｃ１」を用いる代わりに、その前段の“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば、図５における加算器２１の代わりに、不図示の切替スイッチ（２入力１出力のスイッチ等）を設ける。この切替スイッチは、流量指示調節計６の出力と制御部１０の出力（すなわち、上記“補正後の出力「ＭＶ_Ｃ１」”）とを入力して、何れか一方を流量調節弁４へ出力する構成となる。勿論、通常時には流量指示調節計６の出力を流量調節弁４へ出力させ、パーシャルストロークテスト時には制御部１０の出力（ＭＶ_Ｃ１）を流量調節弁４へ出力させるように、不図示の切替スイッチを切替え制御することになる。尚、この切替え制御は、例えば制御部１０が実行する。

この様に、他の構成・処理であっても構わない。
尚、ＣＶ値とは、流量調節弁の選定時に使用する指標である。また、ＣＶ値は電気回路のコンダクタンス（conductance）に相当する。

尚、既に述べたように、制御部１０において、例えば、不図示の演算プロセッサが不図示の記憶装置に記憶されているアプリケーションプログラムを実行することにより、図２（ａ），（ｂ）や図３〜図５等で説明する処理が実現される。これは、換言すれば、上記不図示の演算プロセッサが不図示の記憶装置に記憶されているアプリケーションプログラムを実行することにより、制御部１０は、以下に記載する各種機能部（不図示）の機能を実現するものと言うこともできる。

制御部１０は、例えば、任意の流体が流れる任意の配管１上に流量調節弁４と緊急遮断弁５とが設けられ、更に該流量調節弁４の弁開度を制御する為の弁開度指令値（ＭＶｃ）を該流量調節弁４に対して出力する流量指示調節計６が設けられた安全計装システムにおける制御装置である。

この制御装置は、例えば、下記の各種機能部（何れも不図示）を有する。
すなわち、まず、緊急遮断弁５の弁開度状態を示す遮断弁情報を入力する入力部、予め緊急遮断弁５の弁開度状態とＣＶ値との関係を示す第１のＣＶ特性データ（１１ｏｒ１２）が記憶された遮断弁ＣＶ特性データ記憶部、予め上記流量調節弁４に係る弁開度指令値とＣＶ値との関係を示す第２のＣＶ特性データ(１３)が記憶された調節弁ＣＶ特性データ記憶部などを有する。

また、緊急遮断弁５に対するパーシャルストロークテスト実施時に、入力部を介して入力される遮断弁情報と第１のＣＶ特性データとに基づいて、該テストによる緊急遮断弁５の閉動作に応じたＣＶ値損失（ΔＣＶ_ｓ１）を求めるＣＶ値損失算出部と、流量指示調節計６から出力される弁開度指令値と第２のＣＶ特性データ(１３)とに基づいて、流量調節弁４の現状のＣＶ値（ＣＶ_Ｃ１）を求める調節弁ＣＶ値算出部を有する。

更に、緊急遮断弁５の閉動作に係るＣＶ値損失（ΔＣＶ_ｓ１）と、流量調節弁４の現状のＣＶ値（ＣＶ_Ｃ１）とに基づいて、系全体のＣＶ値が変化しないようにする補正値（ΔＭＶ_ｃ１）を求める補正値算出部を有する。

そして、流量指示調節計６から出力される弁開度指令値（ＭＶｃ）と上記補正値（ΔＭＶ_ｃ１）とを入力し、該弁開度指令値（ＭＶｃ）を該補正値（ΔＭＶ_ｃ１）を用いて補正して成る弁開度補正値を生成し、該弁開度補正値を流量調節弁４に入力させる補正部（２１等）を有する。

また、例えば、上記補正値算出部は、流量調節弁４の現状のＣＶ値（ＣＶ_Ｃ１）にＣＶ値損失値（ΔＣＶ_ｓ１）を加算することで修正後ＣＶ値（ＣＶ_Ｃ１＋ΔＣＶ_ｓ１）を求め、第２のＣＶ特性データ(１３)またはその逆特性データ(１４)を用いて該修正後ＣＶ値に対応する流量調節弁４の弁開度（ＭＶ_Ｃ１）を求める。そして、該求めた弁開度（ＭＶ_Ｃ１）と流量指示調節計６から出力される弁開度指令値（ＭＶｃ）との差分を上記補正値（ΔＭＶ_ｃ１）として算出する。

また、例えば、上記補正部は、加算器（２１）であり、上記補正後弁開度は、該加算器によって、流量指示調節計６から出力される弁開度指令値（ＭＶｃ）に補正値（ΔＭＶ_ｃ１）を加算したものである。

また、制御部１０は、上記補正値算出部及び補正部の代わりに、下記の修正弁開度指令値算出部および切替部を有する構成であってもよい。
修正弁開度指令値算出部は、上記緊急遮断弁５に係るＣＶ値損失（ΔＣＶ_ｓ１）と、上記流量調節弁４の現状のＣＶ値（ＣＶ_Ｃ１）とに基づいて、系全体のＣＶ値が変化しないようにする修正弁開度指令値（ＭＶ_Ｃ１）を求める。

切替部は、流量指示調節計６から出力される弁開度指令値（ＭＶｃ）の代わりに、修正弁開度指令値（ＭＶ_Ｃ１）を流量調節弁４に入力させる。
また、例えば、上記修正弁開度指令値算出部は、流量調節弁４の現状のＣＶ値（ＣＶ_Ｃ１）にＣＶ値損失値（ΔＣＶ_ｓ１）を加算して修正後ＣＶ値を求め、第２のＣＶ特性データまたはその逆特性データを用いて該修正後ＣＶ値に対応する流量調節弁４の弁開度（ＭＶ_Ｃ１）を求め、該求めた弁開度（ＭＶ_Ｃ１）を上記修正弁開度指令値とする。

１ 配管
２ 流量検出器（ＦＥ）
３ 流量発信器（ＦＴ）
４ 流量調節弁（ＦＣＶ；操作端）
５ 緊急遮断弁（ＳＯＶ）
６ 流量指示調節計（ＦＩＣ）
７ 開度発信器（ＸＴ）
１０ 制御部
２１ 加算器
２２ スイッチ

Claims (7)

1. 任意の流体が流れる任意の配管上に流量調節弁と緊急遮断弁とが設けられ、更に該流量調節弁の弁開度を制御する為の弁開度指令値を該流量調節弁に対して出力する流量指示調節計が設けられた安全計装システムにおいて、
   制御装置を有し、
   該制御装置は、
   前記緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報を入力する入力手段と、
   予め前記緊急遮断弁の前記弁開度状態とＣＶ値との関係を示す第１のＣＶ特性データが記憶された遮断弁ＣＶ特性データ記憶手段と、
   予め前記弁開度指令値と前記流量調節弁のＣＶ値との関係を示す第２のＣＶ特性データが記憶された調節弁ＣＶ特性データ記憶手段と、
   前記緊急遮断弁に対するパーシャルストロークテスト実施時に、前記入力手段を介して入力される前記遮断弁情報と前記第１のＣＶ特性データとに基づいて、該テストによる緊急遮断弁の閉動作に応じたＣＶ値損失を求めるＣＶ値損失算出手段と、
   前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値と前記第２のＣＶ特性データとに基づいて、前記流量調節弁の現状のＣＶ値を求める調節弁ＣＶ値算出手段と、
   前記緊急遮断弁におけるＣＶ値損失と、前記流量調節弁の現状のＣＶ値とに基づいて、系全体のＣＶ値が変化しないようにする補正値を求める補正値算出手段と、
   前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値と前記補正値とを入力し、該弁開度指令値を該補正値を用いて補正して成る補正後弁開度を生成し、該補正後弁開度を前記流量調節弁に入力させる補正手段と、
   を有することを特徴とする安全計装システム。
2. 前記緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報は、該緊急遮断弁の閉動作時間であり、
   前記第１のＣＶ特性データは、該緊急遮断弁の閉動作時間とＣＶ値との関係を示す特性データであることを特徴とする請求項１記載の安全計装システム。
3. 前記緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報は、該緊急遮断弁の弁開度であり、
   前記第１のＣＶ特性データは、該緊急遮断弁の弁開度とＣＶ値との関係を示す特性データであることを特徴とする請求項１記載の安全計装システム。
4. 前記補正値算出手段は、前記流量調節弁の現状のＣＶ値に前記ＣＶ値損失値を加算することで修正後ＣＶ値を求め、前記第２のＣＶ特性データまたはその逆特性データを用いて該修正後ＣＶ値に対応する前記流量調節弁の弁開度を求め、該求めた弁開度と前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値との差分を前記補正値として算出することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の安全計装システム。
5. 前記補正手段は、加算器であり、
   前記補正後弁開度は、該加算器によって、前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値に前記補正値を加算したものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の安全計装システム。
6. 任意の流体が流れる任意の配管上に流量調節弁と緊急遮断弁とが設けられ、更に該流量調節弁の弁開度を制御する為の弁開度指令値を該流量調節弁に対して出力する流量指示調節計が設けられた安全計装システムにおいて、
   制御装置を有し、
   該制御装置は、
   前記緊急遮断弁の弁開度状態を示す遮断弁情報を入力する入力手段と、
   予め前記緊急遮断弁の前記弁開度状態とＣＶ値との関係を示す第１のＣＶ特性データが記憶された遮断弁ＣＶ特性データ記憶手段と、
   予め前記弁開度指令値と前記流量調節弁のＣＶ値との関係を示す第２のＣＶ特性データが記憶された調節弁ＣＶ特性データ記憶手段と、
   前記緊急遮断弁に対するパーシャルストロークテスト実施時に、前記入力手段を介して入力される前記遮断弁情報と前記第１のＣＶ特性データとに基づいて、該テストによる緊急遮断弁の閉動作に応じたＣＶ値損失を求めるＣＶ値損失算出手段と、
   前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値と前記第２のＣＶ特性データとに基づいて、前記流量調節弁の現状のＣＶ値を求める調節弁ＣＶ値算出手段と、
   前記緊急遮断弁におけるＣＶ値損失と、前記流量調節弁の現状のＣＶ値とに基づいて、系全体のＣＶ値が変化しないようにする修正弁開度指令値を求める修正弁開度指令値算出手段と、
   前記流量指示調節計から出力される前記弁開度指令値の代わりに、前記修正弁開度指令値を前記流量調節弁に入力させる切替手段と、
   を有することを特徴とする安全計装システム。
7. 修正弁開度指令値算出手段は、前記流量調節弁の現状のＣＶ値に前記ＣＶ値損失値を加算して修正後ＣＶ値を求め、前記第２のＣＶ特性データまたはその逆特性データを用いて該修正後ＣＶ値に対応する前記流量調節弁の弁開度を求め、該求めた弁開度を前記修正弁開度指令値とすることを特徴とする請求項６記載の安全計装システム。

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